GBT228.1金属材料室温拉伸试验方法细节研究特选

东南大学交通学院东南大学交通学院桥梁研究所桥梁研究所钱培舒钱培舒2013.32013.3金属材料的室温拉伸试验金属材料的室温拉伸试验1行业实操 单向静拉伸试验单向静拉伸试验 在试样两端缓慢地施加载荷，使试样的工作部分受轴向拉力在试样两端缓慢地施加载荷，使试样的工作部分受轴向拉力，引起试样沿轴向伸长，直至拉断为止。，引起试样沿轴向伸长，直至拉断为止。单向静拉伸试验的种类：单向静拉伸试验的种类：室温拉伸试验室温拉伸试验（高温拉伸试验高温拉伸试验低温拉伸试验低温拉伸试验液氦温度拉伸试验液氦温度拉伸试验2行业实操GB/T 228.1-2010GB/T 228.1-2010与与GB/T 228-2002GB/T 228-2002主要区别主要区别:l增加了方法增加了方法A A应变速率控制方法；应变速率控制方法；l修改了试验结果的数值修约方法；修改了试验结果的数值修约方法；l将原始横截面积的最小值改为平均值；将原始横截面积的最小值改为平均值；l符号变更；符号变更；l增加了对于上、下屈服强度位置判定的基本原则；增加了对于上、下屈服强度位置判定的基本原则；l增加了拉伸试验测量不确定度的评定方法；增加了拉伸试验测量不确定度的评定方法；l增加了资料性附录增加了资料性附录A A计算机控制拉伸试验机使用时的建议；计算机控制拉伸试验机使用时的建议；l增加了资料性附录增加了资料性附录F F考虑试验机刚度后估算的横梁位移速率方法。考虑试验机刚度后估算的横梁位移速率方法。3行业实操0SF 一一.拉伸试验力学参量拉伸试验力学参量000LLLLL 4行业实操 金属材料在弹性变形阶段，其应力和应变成正比例关系，金属材料在弹性变形阶段，其应力和应变成正比例关系，符合胡克定律，即符合胡克定律，即=E，其比例系数，其比例系数E称为称为弹性模量。弹性模量。拉伸力学性能拉伸力学性能5行业实操 拉伸试验时测量的量是伸长和力，由这两个变量构成的关系曲线（F-L曲线）称为拉伸图，即拉伸曲线。力力伸长曲线伸长曲线FL曲线曲线应力应力应变曲线应变曲线Re曲线曲线拉伸曲线拉伸曲线6行业实操应力应变cdefab0拉伸曲线各变形阶段拉伸曲线各变形阶段7行业实操二二.拉伸试样拉伸试样一）试样的形状和尺寸一）试样的形状和尺寸 试样的形状与尺寸取决于要金属产品的形状与尺寸。试样的形状与尺寸取决于要金属产品的形状与尺寸。需要加工制样需要加工制样：压制坯、铸锭、无恒定截面的产品：压制坯、铸锭、无恒定截面的产品 不需加工制样不需加工制样：有恒定横截面的型材、：有恒定横截面的型材、棒材、线材棒材、线材 铸造试样（铸铁和铸造非铁合金）铸造试样（铸铁和铸造非铁合金）横截面的形状横截面的形状：圆形、圆形、矩形、多边形、环形，其他形状矩形、多边形、环形，其他形状8行业实操经过机加工的试样9行业实操经过拉伸试验的试样10行业实操热轧钢筋的外形热轧钢筋的外形光圆钢筋 螺纹钢筋 人字纹钢筋 月牙纹钢筋 11行业实操热轧钢筋的取样要求热轧钢筋的取样要求序号检验项目取样数量取样方法试验方法1化学成分（熔炼分析）1GB/T 20066GB/T 223GB/T 43362力学2任选两根钢筋切取GB/T 2283弯曲2任选两根钢筋切取GB/T 2324重量偏差5两端平齐GB5020412行业实操低碳钢热轧圆盘条的取样要求低碳钢热轧圆盘条的取样要求 序号检验项目取样数量取样方法试验方法1重量偏差5个/批两端平齐GB502042力学1个/批GB 2975GB/T 2283弯曲2个/批不同根盘条GB/T2975GB/T 23213行业实操冷轧带肋钢筋的取样要求冷轧带肋钢筋的取样要求序号检验项目取样数量取样方法试验方法1拉伸试验1个/盘在每（任）盘中随机切取GB/T2282弯曲试验2个/批GB/T 2323反复弯曲试验2个/批GB/T 2384重量偏差1个/盘GB13788原料盘14行业实操不经机加工试样15行业实操 比例试样比例试样：拉伸试样的拉伸试样的原始标距与原始横截面积的平方根的比值原始标距与原始横截面积的平方根的比值k为常为常数，这样的拉伸试样称为比例试样数，这样的拉伸试样称为比例试样。k=5.65的试样称为的试样称为短比例试样短比例试样，其断后伸长率为，其断后伸长率为A k=11.3的试样称为的试样称为长比例试样长比例试样，其断后伸长率为，其断后伸长率为A11.3 试验时，试验时，一一般优先选用短比例试样般优先选用短比例试样，但要保证原始标距不小但要保证原始标距不小于于15mm，否则，否则，建议选用长比例试样或其他类型试样建议选用长比例试样或其他类型试样。非比例试样非比例试样：它的标距与试样截面不存在比例关系，称为非比：它的标距与试样截面不存在比例关系，称为非比例试样。例试样。16行业实操圆形截面的比例试样圆形截面的比例试样L0与与d0的关系的关系 对圆形试样，对圆形试样，S0 d2/4 当当k5.65时：时：当当k11.3时：时：5d5d4 4d d5.655.65S Sk kL L2 20 00 0d d1 14 4d dS Sk kL L2 20 00 003.1117行业实操1.试样尺寸的测量试样尺寸的测量 测量计算试样的原始横截面积测量计算试样的原始横截面积。圆形截面试样（新规定）圆形截面试样（新规定）：三三.拉伸试验前的准备拉伸试验前的准备即：两端和中间三点六次测量直径，计算原始横截面积即：两端和中间三点六次测量直径，计算原始横截面积18行业实操 3.测量部位和方法测量部位和方法19行业实操 1）称重法测定试样原始横截面积）称重法测定试样原始横截面积10000mSLt20行业实操 2）螺纹钢筋试样的原始横截面积）螺纹钢筋试样的原始横截面积 采用公称尺寸采用公称尺寸：标准：标准/协议许可协议许可21行业实操 3）光滑钢筋试样的原始横截面积）光滑钢筋试样的原始横截面积22行业实操4 原始横截面积测定误差要求原始横截面积测定误差要求5 其他相关尺寸测量要求其他相关尺寸测量要求23行业实操 试验机试验机应按照应按照GB/T16825进行检验，并进行检验，并应为应为1级或优于级或优于1级准确度级准确度。引伸计引伸计的准确度级别应符合的准确度级别应符合GB/T12160的要求。的要求。测定上屈服强度、下屈服强度、屈服点延伸率、规定塑性延伸强测定上屈服强度、下屈服强度、屈服点延伸率、规定塑性延伸强度、规定总延伸强度、规定残余延伸强度，以及规定残余延伸强度、规定总延伸强度、规定残余延伸强度，以及规定残余延伸强度的验证试验，应使用度的验证试验，应使用不劣于不劣于1级准确度的引伸计级准确度的引伸计；三三.拉伸试验设备拉伸试验设备测试项目测试项目级别级别ReL，ReH，Rp，Rt，Rr，Ae1Rm，Agt，Ag，At，A224行业实操 测定其他具有较大延伸率的性能，例如抗拉强度、最大力测定其他具有较大延伸率的性能，例如抗拉强度、最大力总延伸率和最大力非比例延伸率、断裂总伸长率，以及断总延伸率和最大力非比例延伸率、断裂总伸长率，以及断后伸长率，应使用后伸长率，应使用不劣于不劣于2级准确度的引伸计级准确度的引伸计。测试项目测试项目级别级别ReL，ReH，Rp，Rt，Rr，Ae1Rm，Agt，Ag，At，A225行业实操 引伸计应定期检定。引伸计应定期检定。日常试验要经常标定日常试验要经常标定引伸计级别引伸计级别标定器标定器分辨力分辨力相对误差相对误差10.50.321.00.626行业实操1.原始标距原始标距（Lo）：施力前的试样标距）：施力前的试样标距。2.断后标距断后标距（Lu）：试样断裂后的标距。）：试样断裂后的标距。3.平行长度（平行长度（Lc）：试样两头部或两夹持部分（不带头试样）之间）：试样两头部或两夹持部分（不带头试样）之间平行部分的长度。平行部分的长度。4.伸长：试验期间任一时刻原始标距伸长：试验期间任一时刻原始标距Lo的增量。的增量。5.伸长率：伸长率：原始标距的伸长与原始标距原始标距的伸长与原始标距Lo之比的百分率之比的百分率。6.断后伸长率断后伸长率（A）：断后标距的残余伸长（）：断后标距的残余伸长（Lu-Lo）与原始标距）与原始标距Lo之比的百分率。之比的百分率。注：注：对于比例试样，若原始标距不为对于比例试样，若原始标距不为5.65So1/2（So为试样平行长度的为试样平行长度的横截面积），符号横截面积），符号A 应附以下角标说明所使用的比例系数，例如，应附以下角标说明所使用的比例系数，例如，A11.3表示原始标距为表示原始标距为11.3So1/2的断后伸长率的断后伸长率。一）有关术语的定义一）有关术语的定义四四.拉伸试验拉伸试验27行业实操与（引伸计）有关术语的定义与（引伸计）有关术语的定义1.引伸计标距（Le）：用引伸计测量试样时所使用试样平行长度部分的长度。2.延伸：试验期间任一给定时刻引伸计标距Le的增量。3.屈服点延伸率（Ae）：呈现明显屈服（不连续屈服）现象的金属材料，屈服开始至均匀加工硬化开始之间引伸计标距的延伸与引伸计标距Le之比的百分率。28行业实操4.最大力总延伸率最大力总延伸率（Agt）：）：最大力时原始标距的总延伸（弹性延伸加塑性延伸）与引伸计最大力时原始标距的总延伸（弹性延伸加塑性延伸）与引伸计标距标距e之比的百分率。之比的百分率。5.最大力塑性延伸率（最大力塑性延伸率（Ag）：最大力时原始标距的塑性延伸与引伸计标距最大力时原始标距的塑性延伸与引伸计标距Le之比的百分率。之比的百分率。6.断裂总伸长率断裂总伸长率（At）：）：断裂时刻原始标距的总延伸（弹性延伸加塑性延伸）与引伸计断裂时刻原始标距的总延伸（弹性延伸加塑性延伸）与引伸计标距标距Le之比的百分率。之比的百分率。29行业实操A断后伸长率断后伸长率Ag 最大力塑性延伸率最大力塑性延伸率Agt 最大力总延伸率最大力总延伸率At断裂总延伸率断裂总延伸率e 延伸率延伸率mE应力应力-延伸率曲线延伸率曲线上弹性部分的斜率上弹性部分的斜率R 应力应力Rm 抗拉强度抗拉强度e 平台范围平台范围30行业实操三）几种常见材料的应力三）几种常见材料的应力-应变曲线应变曲线31行业实操四）四）拉伸试验要求拉伸试验要求1.设定试验力零点设定试验力零点：试验两端被夹之前，应设定力测量系：试验两端被夹之前，应设定力测量系统的零点。统的零点。2.试验的夹持方法试验的夹持方法：使用楔形夹头、螺纹夹头等合适的夹：使用楔形夹头、螺纹夹头等合适的夹具夹持，并确保试样和夹具对中。具夹持，并确保试样和夹具对中。3.选择合适的试验速率选择合适的试验速率测试各种拉伸性能：测试各种拉伸性能：32行业实操试验速率试验速率 横梁位移速率，横梁位移速率，mm/min 未考虑机器弹性柔度，未考虑机器弹性柔度，很少使用很少使用 应力速率应力速率，N/mm2 s-1 液压试验机液压试验机(工程应用较多）工程应用较多）应变速率，应变速率，mm/mm s-1或或s-1 衡量试样变形快慢最本质的方式衡量试样变形快慢最本质的方式33行业实操关于关于R ReHeH，R ReLeL，Rp屈服强度屈服强度：当金属材料出现屈服现象时，在试验期间达到塑性变形发生而力不增加的应力点。应区分上屈服强度和下屈服强度。上屈服强度上屈服强度R ReHeH：试样发生屈服而首次下降前的最大应力。下屈服强度下屈服强度R ReLeL：在屈服期间，不计初始瞬时效应时的最小应力。34行业实操35行业实操 ReH和和ReL的计算公式的计算公式：eLeL0FRS0HHSFRee 在正常试验条件下，由于下屈服强度ReL的数值较为稳定，再现性较好，所以常将下屈服强度ReL选作屈服强度指标。在特别要求的情况下也可能测定上屈服强度。36行业实操（一）（一）ReH和和ReL的测定的测定eLe eLe 37行业实操 引伸计标距应引伸计标距应1/2L0。引伸计不劣于。引伸计不劣于1级级 记录力延伸曲线数据，直至超过屈服阶段记录力延伸曲线数据，直至超过屈服阶段 判定原则判定原则：屈服前的屈服前的第一个峰值力为上屈服力第一个峰值力为上屈服力，不管其后的峰值力，不管其后的峰值力比它大或小比它大或小。屈服阶段中如屈服阶段中如呈现两个或两个以上的谷值力，舍去第一呈现两个或两个以上的谷值力，舍去第一个谷值力，个谷值力，取其余谷值力中之最小者判为下屈服力取其余谷值力中之最小者判为下屈服力。如。如只呈现一个下降谷值力，此谷值力判为下屈服力。只呈现一个下降谷值力，此谷值力判为下屈服力。正确的判定结果应是下屈服力必定低于上屈服力。正确的判定结果应是下屈服力必定低于上屈服力。38行业实操39行业实操（2）指针法）指针法（测定（测定ReH和和ReL）40行业实操（五）抗拉强度（五）抗拉强度R Rm m的测定的测定eLe 41行业实操1.图解法测定图解法测定Rm 定义：材料过了屈服后所能承受的最大应力。定义：材料过了屈服后所能承受的最大应力。从力从力伸长曲线测定伸长曲线测定Fm的几种类型的几种类型42行业实操43行业实操 注视指针的指示，注视指针的指示，对于连续屈服类型对于连续屈服类型,读取试验过程中指读取试验过程中指示最大的力示最大的力，对于不连续屈服类型，读取屈服阶段之后对于不连续屈服类型，读取屈服阶段之后指示的最大的力作为最大力指示的最大的力作为最大力Fm，进而计算抗拉强度，进而计算抗拉强度Rm。指针法指针法测定测定Rm44行业实操缩颈现象缩颈现象 在力伸长曲线上的最大载荷处，塑性变形主要集中于试样的某一局部区域，该处横截面积急剧减小，这种现象体称为缩颈。是韧性材料在拉伸试验时变形集中于局部区域的特殊现象。45行业实操最大力塑性延伸率最大力塑性延伸率Ag和最大力总延伸率和最大力总延伸率Agt的测定的测定 采用采用图解法图解法：在用引伸计得到的力：在用引伸计得到的力-延伸线图上测定延伸线图上测定 引伸计标距建议等于或近似等于试样标距引伸计标距建议等于或近似等于试样标距 A A5%5%，至少，至少1 1级引伸计级引伸计 A A5%5%，至少，至少2 2级引伸计级引伸计 如力延伸曲线在最大力呈现一个平台，则取平台宽如力延伸曲线在最大力呈现一个平台，则取平台宽度的中点为最大力点度的中点为最大力点 人工方法仅适合于长试样，计算人工方法仅适合于长试样，计算A Agtgt需知道需知道E E，即，即 A Agtgt A Ag gR Rm m/E/E46行业实操用引伸计得到的力用引伸计得到的力-延伸线图延伸线图47行业实操断裂总延伸率断裂总延伸率At的测定的测定 采用图解法：在用引伸计得到的力采用图解法：在用引伸计得到的力-延伸线图上测定延伸线图上测定 引伸计标距建议等于或近似等于试样标距引伸计标距建议等于或近似等于试样标距 A5%，至少，至少1级引伸计级引伸计 A5%，至少，至少2级引伸计级引伸计 断裂位置在引伸计标距范围内方有效，但断裂位置在引伸计标距范围内方有效，但At规定值除外规定值除外 注意引伸计的保护注意引伸计的保护48行业实操用引伸计得到的力用引伸计得到的力-延伸线图延伸线图49行业实操断后伸长率断后伸长率A的测定的测定测定方法：测定方法：1.手工测定法手工测定法 2.图解方法图解方法50行业实操 1.手工测定法手工测定法51行业实操 1.手工测定法手工测定法52行业实操手工测定法之手工测定法之53行业实操54行业实操用引伸计得到的力用引伸计得到的力-延伸线图延伸线图55行业实操试验结果的修约试验结果的修约56行业实操57行业实操四舍六入五考虑，四舍六入五考虑，五后非零就进一，五后非零就进一，五后皆零看奇偶，五后皆零看奇偶，五前为偶应舍去，五前为偶应舍去，五前为奇要进一。五前为奇要进一。“四舍六入法四舍六入法”58行业实操四舍六入五留双四舍六入五留双规则规则（一）当尾数小于或等于（一）当尾数小于或等于4时，直接将尾数舍去。时，直接将尾数舍去。例例 将下列数字全部修约为四位有效数字，结果为：将下列数字全部修约为四位有效数字，结果为：0.536640.5366 10.273110.27 18.504918.50 0.583440.5834 16.400516.40 27.182927.18 59行业实操四舍六入五留双四舍六入五留双规则规则（二）当尾数大于或等于（二）当尾数大于或等于6时，将尾数舍去并向前一位时，将尾数舍去并向前一位进位进位。例例 将下列数字全部修约为四位有效数字，结果为：将下列数字全部修约为四位有效数字，结果为：0.536660.5367 8.3176 8.318 16.777716.78 0.583850.5838 10.2950110.30 21.019121.02 60行业实操四舍六入五留双四舍六入五留双规规则则（三）当尾数为（三）当尾数为5 5，而尾数后面的数字均为，而尾数后面的数字均为0 0时，应看尾数时，应看尾数“5”5”的的前一位：若前一位数字此时为奇数，就应向前进一位；若前一位前一位：若前一位数字此时为奇数，就应向前进一位；若前一位数字此时为偶数，则应将尾数舍去。数字数字此时为偶数，则应将尾数舍去。数字“0”0”在此时应被视为偶在此时应被视为偶数。数。例：将例：将下列数字全部修约为四位有效数字，结果为：下列数字全部修约为四位有效数字，结果为：0.1530500.1530 0.1530500.1530 12.645012.64 12.645012.64 18.275018.28 18.275018.28 0.153750 0.1537500.1538 0.1538 12.735012.74 12.735012.74 21.84500021.84 21.84500021.84 61行业实操四舍六入五留双四舍六入五留双规则规则（四）当尾数为（四）当尾数为5，而尾数，而尾数“5”的后面还有任何不是的后面还有任何不是0的数字时，无论前一位的数字时，无论前一位在此时为奇数还是偶数，也无论在此时为奇数还是偶数，也无论“5”后面不为后面不为0的数字在哪一位上，都应向的数字在哪一位上，都应向前进一位。前进一位。例：将下列数字全部修约为四位有效数字，结果为：例：将下列数字全部修约为四位有效数字，结果为：0.3265520.3266 12.7350712.74 21.8450221.85 12.6450112.65 18.2750918.28 38.30500000138.31 62行业实操按照四舍六入五留双规则进行数字修约时，应一次性修约按照四舍六入五留双规则进行数字修约时，应一次性修约到指定的位数，不可以进行数次修约。到指定的位数，不可以进行数次修约。例如将数字例如将数字10.2749945001修约为四位有效数字时，应一步修约为四位有效数字时，应一步到位：到位：10.274994500110.27（正确正确）。）。如果按照四舍六入五留双规则分步修约将得到错误结果：如果按照四舍六入五留双规则分步修约将得到错误结果：10.2749945001 10.274995 10.275 10.28（错误错误）。）。四舍六入五留双四舍六入五留双规则规则63行业实操谢 谢谢谢大家！谢谢大家！64行业实操